（原科技大学光电信息科学与工程，山西太原030024）
摘要：文中以嵌入式单片机系统概述为切入点，图像采集中引入嵌入式单片机系统，改善传统图像采集效率偏低的问题，为类似研究提供借鉴，推动我国图像采集水平的提升。
关键词：图像采集；嵌入式单片机系统；运用分析
近年来图像采集与处理系统在工业生产、生活中发挥着重要作用，如交通行业、安保行业等。随着信息技术发展，嵌入式单片机系统初步实现智能化，达成自动化控制的目的，图像采集中引入嵌入式单片机系统可以显著提升工作效率。文中分析图像采集中运用嵌入式单片机系统的具体运用。
1、嵌入式单片机系统分析
嵌入式系统的发展同时推动了单片微控制器的研究进度。在嵌入式系统中，单片机在社会上的应用最为广泛，因其在社会中的广泛应用，所以单片机的应用技术是同类型里最具科技性的。单片机是我国嵌入式系统中最为常见且应用最为广泛的一种，其主要表现在通讯、智能设备、电子仪器等多个领域。
图1嵌入式单片机系统构成
较之其它的嵌入式系统，单片机具备体积较小、耗能低、延伸性广、集成性能高等多个优点。单片机的中央处理器主要是由CPU、RAM、ROM等多个部分组成，其内部还包括了计数器、多类I/0接口，由这些部分最终组成了单片机。因其内部组成含有多种计数器和I/0接口，所以单片机可以同时处理大量的数据，由此可见，单片机在智能化数据处理上是占很大优势的。
2、图像采集中嵌入式单片机系统运用分析
2.1系统硬件结构分析
基于嵌入式单片机系统的图像采集系统由图像传感器、逻辑时序接口、图像帧存储器、嵌入式单片机系统共同组成，系统结构如图2所示。
图2
STM8嵌入式单片机、COMS图像传感器与Flash图像存储器，为嵌入式单片机图像采集系统的主要硬件架构。STM8嵌入式单片机通过I2C总线接口、SPI接口，与COMS图像传感器、Flash图像存储器等硬件进行连接，从而实现对数字化图像信息的传输。
2.1.1CMOS图像传感器
在嵌入式单片机系统中通常选用OV7610型CMOS芯片，作为图像信息采集的传感器元件。该图像传感器可传输分辨率为640×480的图片，图像信息最高传输速率为30f/s，适用于串行总线的网络图像数据，传输图像的格式为JPEG、RGB565、RawBayer、YUVFormat等。OV7610型CMOS图像传感器可以在电磁干扰环境中工作，其工作模式为SPI、EMI、sensor等传输模式。CMOS图像传感器通过串行外设接口与嵌入式单片机进行连接，并利用I2C总线传输协议，来完成对内部可编程寄存器的控制。
2.1.2STM8嵌入式单片机
STM8嵌入式单片机主要包括微处理器、程序存储器、数据存储器、EEPROM等构件，不同硬件负责对图像数据信息的读取、处理与存储，用户可以通过对16MHz低功率晶体振荡器进行调节，来实现时钟输出、电源功耗的控制。STM8单片机处理器内核为3级流水线的哈佛结构，其可编程寄存器Flash字节为32KB、数据存储器字节640KB、EEPROM字节1024B，能够借助于UART、I2C等接口，与CMOS图像传感器、Flash图像存储器进行连接。STM8嵌入式单片机无需增加其他外设器件，就可以完成对图像信息的采集，这有效降低图像采集系统的开发成本。
2.1.3Flash图像存储器
Flash存储器主要包括ROM、RAM等组成部分，其可以对传输数据进行编程、擦除的操作，而且能在断电情况下进行数据信息的读取。Flash图像存储器的芯片容量为256KB、图像分辨率为640×320，其内部存在1个集成EEPROM、1个10位二进制AD转换器、1个定时器，以及多个SPI、UART、I2C网络接口。Flash存储器在获取到图像信息后，会将相应数据信息存储为可供读、写的块阵列，图像数据读写时的工作电压为2~3V、电流7mA，可以满足多种图像格式的存储需求。
2.2软件设计
2.2.1图像传感器上电初始化
对于CMOS图像传感器的上电初始化，首先要对元器件中放大器增益、输出偏压、取景器等的工作模式进行确定，然后对图像传感器的数字信号等进行初始化操作。当数字信号或模拟信号接通电源后，CMOS图像传感器的使能脚(PWDN)需要拉低，图像信息的采集至少要延时110s。在图像传输中STM8单片机借助I2C接口，与图像传感器进行连接，单片机主时钟频率通常设置为16MHz，来最大程度保证图像传感器的正常工作。
2.2.2图像传感器中寄存器的初始化
STM8嵌入式单片机通过I2C总线接口，与CMOS图像传感器形成连接，其中I2C总线的SDA数据线、SCL时钟线，分别与CMOS图像传感器的SBDA数据接口、SCLK时钟接口形成连接，并利用I2C总线完成图像采集与传输的控制。用户在使用I2C总线进行图像数据采集时，需要通过对SYNC-YR同步脉冲进行帧读出，来改变CMOS图像传感器中可编程寄存器的参数信息，实现对YR移位寄存器的初始化操作。当前STM8嵌入式单片机对可编程寄存器的初始化，主要是进行图像传感器曝光度、亮度、对比度、传输帧率、主时钟等的调整，I2C总线控制图像传感器发送初始信号，可以完成多个图像数据的寻址与信息传输，寻址字节包括7位地址位（D7-D1位、1位方向位(D0位）组成两部分。利用I2C总线的双工数据传输通道，进行内部寄存器的初始化操作，可以完成某一时间段内数据信号的采集，包含发送数据、发送地址、起始位信号、终止位信号等信息的采集，之后对内部寄存器中的图像数值进行读取。
2.2.3Flash图像存储器的软件设计
SST25VF020Flash图像存储器是运用单一SPI接口，进行串口指令数据发送与接收的设备，其能够与STM8嵌入式单片机、图像传感器形成有效连接。由于Flash图像存储器支持SPI三线、四线通信协议，所以该系统的SPI接口为分时复用单片机硬件接口，其中CE#片选借助于通用型输入输出I/O口，与STM8嵌入式单片机进行连接，SPI时钟输入口与单片机的SCK口连接，SI读入信号与单片机的MOSI接口连接，SO输出信号与单片机的MISO口连接，进而实现一系列指令的发送、接收与存储。
结语
总之，随着科学技术进步发展，各个领域中单片机系统应用范围转扩大，凭借自身稳定性、高速性、快捷性等特点受到人们亲来。这就需要技术人员结合实际情况，选择合适的技术方法，发挥嵌入式单片机系统的优势，提升相关技术水平。
参考文献
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